晶閘管模塊主要用途

普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構(gòu)成可控整流電路、逆變、電機(jī)調(diào)速、電機(jī)勵(lì)磁、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及自動(dòng)控制等方面。現(xiàn)在我畫(huà)一個(gè)最簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒(méi)有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通?，F(xiàn)在，畫(huà)出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)時(shí)，負(fù)載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來(lái)得早，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就早；Ug到來(lái)得晚，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就晚。通過(guò)改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)的時(shí)間，就可以調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個(gè)周期定為180°，稱(chēng)為電角度。這樣，在U2的每個(gè)正半周，從零值開(kāi)始到觸發(fā)脈沖到來(lái)瞬間所經(jīng)歷的電角度稱(chēng)為控制角α；在每個(gè)正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯，α和θ都是用來(lái)表示晶閘管在承受正向電壓的半個(gè)周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過(guò)改變控制角α或?qū)ń铅?，改變?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL，實(shí)現(xiàn)了可控整流。

晶閘管有多種分類(lèi)方法。

（一）按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類(lèi)

晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、門(mén)極關(guān)斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。

（二）按引腳和極性分類(lèi)

晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

（三）按封裝形式分類(lèi)

晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類(lèi)型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

（四）按電流容量分類(lèi)

晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或陶瓷封裝。

（五）按關(guān)斷速度分類(lèi)

晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和高頻（快速）晶閘管。

晶閘管模塊是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又可稱(chēng)做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅；1957年美國(guó)通用電器公司開(kāi)發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門(mén)極；晶閘管工作條件為：加正向電壓且門(mén)極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào)為“V”、“VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示）。

晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。

選用晶閘管模塊的額定電壓時(shí)，應(yīng)參考實(shí)際工作條件下的峰值電壓的大小，并留出一定的余量。

1、選用晶閘管模塊的額定電流時(shí)，除了考慮通過(guò)元件的平均電流外，還應(yīng)注意正常工作時(shí)導(dǎo)通角的大小、散熱通風(fēng)條件等因素。在工作中還應(yīng)注意管殼溫度不超過(guò)相應(yīng)電流下的允許值。

2、使用晶閘管模塊之前，應(yīng)該用萬(wàn)用表檢查晶閘管模塊是否良好。發(fā)現(xiàn)有短路或斷路現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即更換。

3、嚴(yán)禁用兆歐表（即搖表）檢查元件的絕緣情況。

4、電流為5A以上的晶閘管模塊要裝散熱器，并且保證所規(guī)定的冷卻條件。為保證散熱器與晶閘管模塊管心接觸良好，它們之間應(yīng)涂上一薄層有機(jī)硅油或硅脂，以幫于良好的散熱。

5、按規(guī)定對(duì)主電路中的晶閘管模塊采用過(guò)壓及過(guò)流保護(hù)裝置。

6、要防止晶閘管模塊控制極的正向過(guò)載和反向擊穿。

1、過(guò)流保護(hù)

如果想得到較安全的過(guò)流保護(hù)，建議用戶優(yōu)先使用內(nèi)部帶過(guò)流保護(hù)作用的模塊。另外還可采用外接快速熔斷器、快速過(guò)電流繼電器、傳感器的方法。快速熔斷器是最簡(jiǎn)單常用的方法，介紹如下：

（1）快速熔斷器的選擇：

①、熔斷器的額定電壓應(yīng)大于模塊輸入端電壓；

②、熔斷器的額定電流應(yīng)為模塊標(biāo)稱(chēng)輸入電流的0.6倍，按照計(jì)算值選擇相同電流或稍大一點(diǎn)的熔斷器。模塊輸入、輸出電流的換算關(guān)系參考本本博客有關(guān)文章。用戶也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)自行確定熔斷器的額定電流。

（2）接線方法：快速熔斷器接在模塊的輸入端，負(fù)載接輸出端。

2、過(guò)壓保護(hù)

晶閘管承受過(guò)電壓的能力較差，當(dāng)元件承受的反向電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間很短，也會(huì)造成元件反向擊穿損壞。如果正向電壓超過(guò)晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)引起晶閘管硬開(kāi)通，它不僅使電路工作失常，且多次硬開(kāi)通后元件正向轉(zhuǎn)折電壓要降低，甚至失去正向阻斷能力而損壞。因此必須采用過(guò)電壓保護(hù)措施用以抑制晶閘管上可能出現(xiàn)的過(guò)電壓。

模塊的過(guò)壓保護(hù)，推薦采用阻容吸收和壓敏電阻兩種方式并用的保護(hù)措施。

（1）阻容吸收回路

晶閘管從導(dǎo)通到阻斷時(shí)，和開(kāi)關(guān)電路一樣，因線路電感（主要是變壓器漏感LB）釋放能量會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。由于晶閘管在導(dǎo)通期間，載流子充滿元件內(nèi)部，所以元件在關(guān)斷過(guò)程中，正向電壓下降到零時(shí)，內(nèi)部仍殘存著載流子。這些積蓄的載流子在反向電壓作用下瞬時(shí)出現(xiàn)較大的反向電流，使積蓄載流子迅速消失，這時(shí)反向電流消失的極快，即di/dt極大。因此即使和元件串連的線路電感L很小，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)L（di/dt）值仍很大，這個(gè)電勢(shì)和電源電壓串聯(lián)，反向加在已恢復(fù)阻斷的元件上，可能導(dǎo)致晶閘管的反向擊穿。這種由于晶閘管關(guān)斷引起的過(guò)電壓，稱(chēng)為關(guān)斷過(guò)電壓，其數(shù)值可達(dá)工作電壓峰值的5～6倍，所以必須采取抑制措施。

阻容吸收電路中電容器把過(guò)電壓的電磁能量變成靜電能量存貯，電阻防止電容和電感產(chǎn)生諧振、限制晶閘管開(kāi)通損耗和電流上升率。這種吸收回路能抑制晶閘管由導(dǎo)通到截止時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，有效避免晶閘管被擊穿。

阻容吸收電路安裝位置要盡量靠近模塊主端子，即引線要短。最好采用無(wú)感電阻，以取得較好的保護(hù)效果。

各型號(hào)模塊對(duì)應(yīng)的電阻和電容值根據(jù)表10選取。

（2）壓敏電阻吸收過(guò)電壓

壓敏電阻能夠吸收由于雷擊等原因產(chǎn)生能量較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)電壓。壓敏電阻標(biāo)稱(chēng)電壓（V1mA），是指壓敏電阻流過(guò)1mA電流時(shí)它兩端的電壓。壓敏電阻的選擇，主要考慮額定電壓和通流容量。額定電壓V1mA的下限是線路工作電壓峰值，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及多次承受沖擊電流以后V1mA值可能下降，因此，額定電壓的取值應(yīng)適當(dāng)提高。目前通常采用30[%]的余量計(jì)算。

V1mA≥1.3√2?U

式中 U――壓敏電阻兩端正常工作電壓的有效值。

壓敏電阻的數(shù)量：三相整流模塊和三相交流模塊均為三只、單相整流模塊和單相交流模塊均為一只。全部接在交流輸入端。

3、過(guò)熱保護(hù)

晶閘管在電流通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，而壓降的存在則會(huì)產(chǎn)生一定的功耗，電流越大則功耗越大，產(chǎn)生的熱量也就越大。如果不把這些熱量快速散掉，會(huì)造成燒壞晶閘管芯片的問(wèn)題。因此要求使用晶閘管模塊時(shí)，一定要安裝散熱器。散熱條件的好壞，是影響模塊能否安全工作的重要因素。良好的散熱條件不但能夠保證模塊可靠工作、防止模塊過(guò)熱燒毀，而且能夠提高模塊的電流輸出能力。建議用戶在使用大電流規(guī)格模塊的時(shí)候盡量選擇帶過(guò)熱保護(hù)作用的模塊。當(dāng)然，即便模塊帶過(guò)熱保護(hù)作用，而散熱器和風(fēng)機(jī)也是不可缺少的。

在使用中，當(dāng)散熱條件不符合規(guī)定要求時(shí)，如室溫超過(guò)40℃、強(qiáng)迫風(fēng)冷的出口風(fēng)速不足6m/s等，則模塊的額定電流應(yīng)立即降低使用，否則模塊會(huì)由于芯片結(jié)溫超過(guò)允許值而損壞。譬如，按規(guī)定應(yīng)采用風(fēng)冷的模塊而采用自冷時(shí)，則電流的額定值應(yīng)降低到原有值的30～40[%]，反之如果改為采用水冷時(shí)，則電流的額定值可以增大30～40[%]。

為了幫助用戶合理選擇散熱器和風(fēng)機(jī)，我們確定了不同型號(hào)模塊在其額定電流工作狀態(tài)下，環(huán)境溫度為40℃時(shí)所需的散熱器長(zhǎng)度、風(fēng)機(jī)規(guī)格、數(shù)量及散熱器基礎(chǔ)參數(shù)等，請(qǐng)參考說(shuō)明書(shū)。另外，在表內(nèi)出具了每個(gè)型號(hào)的模塊在峰值壓降、最大標(biāo)稱(chēng)電流和阻性負(fù)載條件下的功耗值，以便于用戶自己確定散熱器尺寸時(shí)做參考。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)速應(yīng)≥6m/s。

（2）若模塊達(dá)不到滿負(fù)荷工作，可酌減散熱器長(zhǎng)度。

（3）在設(shè)備開(kāi)機(jī)前，應(yīng)檢查模塊所有螺釘是否牢固，若有松動(dòng)，應(yīng)擰緊螺釘，以使模塊底板和散熱器表面以及模塊電極和接線端子之間都能夠緊密接觸，達(dá)到最佳散熱效果。

（4）采用自然冷卻形式時(shí)，必須保證散熱器周?chē)目諝饽軌蜃匀粚?duì)流。

（5）因水冷散熱效果好，有水冷條件的，應(yīng)首選水冷散熱形式。?

選用晶閘管模塊的額定電壓時(shí)，應(yīng)參考實(shí)際工作條件下的峰值電壓的大小，并留出一定的余量。

1、選用晶閘管模塊的額定電流時(shí)，除了考慮通過(guò)元件的平均電流外，還應(yīng)注意正常工作時(shí)導(dǎo)通角的大小、散熱通風(fēng)條件等因素。在工作中還應(yīng)注意管殼溫度不超過(guò)相應(yīng)電流下的允許值。

2、使用晶閘管模塊之前，應(yīng)該用萬(wàn)用表檢查晶閘管模塊是否良好。發(fā)現(xiàn)有短路或斷路現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即更換。

3、嚴(yán)禁用兆歐表（即搖表）檢查元件的絕緣情況。

4、電流為5A以上的晶閘管模塊要裝散熱器，并且保證所規(guī)定的冷卻條件。為保證散熱器與晶閘管模塊管心接觸良好，它們之間應(yīng)涂上一薄層有機(jī)硅油或硅脂，以幫于良好的散熱。

5、按規(guī)定對(duì)主電路中的晶閘管模塊采用過(guò)壓及過(guò)流保護(hù)裝置。

6、要防止晶閘管模塊控制極的正向過(guò)載和反向擊穿。

晶閘管模塊是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又可稱(chēng)做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅；1957年美國(guó)通用電器公司開(kāi)發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門(mén)極；晶閘管工作條件為：加正向電壓且門(mén)極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào)為“V”、“VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示）。

晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。